C++与C语言动态内存管理的不同 new与malloc

 

目录

1.C语言动态内存管理方式

2.C++中动态内存管理

2.1 new和delete操作内置类型

2.2 new和delete操作自定类型

2.3 为什么delete要带[ ] 

3.new申请空间失败

4.operator new 与 operator delete 函数

5.new与delete的是实现原理

5.1 内置类型

5.2 自定义类型

6.定位new表达式（了解即可）

7.malloc/free和new/delete的区别

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1.C语言动态内存管理方式

C语言中主要使用malloc/calloc/realloc/free进行动态内存管理，如果对C语言动态内存管理不太了解的可以去看一下动态内存管理 --- C语言-CSDN博客。我们先看下面代码进行一下复习。

void Test ()
{
    int* p1 = (int*) malloc(sizeof(int));
    free(p1);
    
    //calloc 会对空间进行初始化为1 
    int* p2 = (int*)calloc(4, sizeof (int));
    int* p3 = (int*)realloc(p2, sizeof(int)*10);
 
    free(p3 );
    //这里需要free(p2)吗？
    //不需要，realloc在对空间扩容时，异地扩容会将p2释放掉，
    //原地扩容p2与p3指向空间相同，释放一次即可
}

2.C++中动态内存管理

C语言内存管理方式在C++中可以继续使用，但有些地方就无能为力，而且使用起来比较麻烦，因此C++又提出了自己的内存管理方式：通过new和delete操作符进行动态内存管理。

2.1 new和delete操作内置类型

C++兼容C语言，内置类型的动态申请，用法简化了，功能保持一致
int main()
{
    //申请一个int空间
	int* p2 = (int*)malloc(sizeof(int));
	//自动计算大小，不需要强转
	int* p3 = new int;
    
    //申请10个int空间
	int* p4 = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	int* p5 = new int[10];
    
    //释放内存
	free(p2);//单个对象
	free(p4);//多个对象
 
	delete p3;//单个对象
	delete[] p5;//多个对象 需要加上[]
 
	//new额外支持初识化的功能,malloc不支持
	int* p6 = new int(1);//初始化
	int* p7 = new int[10] {1, 2, 3};//与数组初始化相似,初始化了前3个，没有初始化的是0
	int* p8 = new int[10] {};//默认是0
 
	
	return 0;
}

注意：申请和释放单个元素的空间，使用new和delete操作符，申请和释放连续的空间，使用new[]和delete[]，注意：匹配起来使用。

2.2 new和delete操作自定类型

看到这里可能大家会有疑问，new和delete能完成的好像malloc也能完成，那设计new和delete的目的是什么，那就是处理自定义类型。

new/delete 和 malloc/free最大区别是：new/delete对于【自定义类型】除了开空间还会调用构造函数和析构函数

class A
{
public:
	A(int i = 1)
	{
		_a = i;
		cout << "A()" << endl;
	}
 
	A(const A& aa)
	{
		_a = aa._a;
		cout << "const A& aa" << endl;
	}
 
    ~A()
    {
        cout << "~A()" << endl;
    }
 
private:
	int _a;
};
 
int main()
{
	//malloc没有办法很好的支持动态申请的自定义对象初始化
	//malloc只会开空间，不会调用构造函数
	A* p1 = (A*)malloc(sizeof(A));
	//p1->A(1);//构造函数是在定义时自动调用，不支持手动调用
 
	//自定义类型，开空间+调用构造函数初始化
	A* p2 = new A;
	A* p3 = new A(3);
 
	//自定义类型，调用析构函数+释放空间
	delete p2;
	delete p3;
 
	A* p4 = new A[10];
	delete[] p4;
 
	A aa1(1);
	A aa2(2);
	A* p5 = new A[10]{ aa1,aa2 };//前两个拷贝构造
	delete[] p5;
 
	A* p6 = new A[10]{ A(1),A(2)};//前两个拷贝构造匿名对象
	delete[] p6;
 
	A* p7 = new A[10]{ 1,2 };//隐式类型转换,进行初始化
	delete[] p7;
 
	return 0;
}

注意：在申请自定义类型的空间时，new会调用构造函数，delete会调用析构函数，而malloc和free不会

自定义类型销毁时（程序结束时）才会调用析构函数，内置类型指针不会。示例：

typedef int DataType;
 
class Stack
{
public:
	Stack(int capacity = 4)
		:_top(0)
		, _a(nullptr)
		,_capacity(capacity)
	{
		_a = new DataType[capacity];
		//new申请空间失败后，不再返回空
 
		cout << "Stack(int capacity = 4)" << endl;
	}
 
	~Stack()
	{
		delete[] _a;
		_top = 0;
		cout << "~Stack()" << endl;
	}
 
private:
	int _top;
	DataType* _a;
	int _capacity;
};
 
int main()
{
	Stack s1;//销毁时会调用析构函数
    Stack* s2 = new Stack;
	delete s2;//销毁时不会调用析构函数，需要手动delete调用析构函数
	return 0;
}
//自定义类型销毁时才会调用析构函数，
//Stack* 是指针，指针是内置类型，不写delete不会调用析构函数  

2.3 为什么delete要带[ ] 

int main()
{
	Stack* ptr2 = new Stack;
	delete ptr2;
	//free(ptr2)//有问题，不会调用析构函数，会发生内存泄漏
 
	int* p1 = new int[10];
	//free(p1);
	//delete p1;//不会内存泄漏，因为加[]是为了调用多次析构函数，而int是内置类型，
	delete[] p1;   
 
	A* p2 = new A[10];
	//free(p2);//没有析构函数，没有问题，如果有析构函数，而且是new[],
    //就会多申请4个字节的空间来存放调用析构函数的次数,返回的指针会向后偏移4个字节。
	//delete p2;//出问题的本质是指针的位置不对，应该向后偏移4个字节
	delete[] p2;
 
	//不同编译器可能不同，匹配使用即可
 
	return 0;
}

3.new申请空间失败

malloc 申请空间失败，会返回空指针，new申请空间失败不会返回0，而是会抛异常，所以不用检查返回值，需要捕获异常。通常情况只要不是要申请的空间太大都会申请成功，抛异常这里了解一下即可，以后文章会详细讲解。

int main()
{
	try
	{
		char* p1 = new char[0x7fffffff];//有符号最大值 32位会new失败，抛异常
		//异常会直接跳到catch,可以直接或间接，在try内，没有捕获异常，程序会直接终止掉
 
 
		//char* p1 = new char[1000000000];//10亿字节1G
		//cout << p1 << endl;
		//其他指针类型都会按指针的形式打印
		//而char*会按字符串打印
		//cout打印不了char* 类型的指针，只能强转打印,或者printf打印
		//cout << (void*)p1 << endl;
	}
	catch(const exception& e)//捕获失败
	{
		cout << e.what() << endl;
	}
	return 0;
}

4.operator new 与 operator delete 函数

new和delete是用户进行动态内存申请和释放的操作符，operator new 和operator delete是系统提供的全局函数，new在底层调用operator new全局函数来申请空间，delete在底层通过operator delete全局函数来释放空间。

int main()
{
	Stack* ptr1 = (Stack*)operator new(sizeof(Stack));
	//operator new 内使用的malloc 只是出现错误会出现抛异常
	operator delete(ptr1);
	//operator delete与operator new实际上不是给我们用的，是给库里面用的
 
	return 0;
}

operator new 实际也是通过malloc来申请空间，如果malloc申请空间成功就直接返回，否则执行用户提供的空间不足应对措施，如果用户提供该措施就继续申请，否则就抛异常，这是为了与C语言申请空间返回空指针不同，operator delete 最终是通过free来释放空间的。
 

5.new与delete的是实现原理

5.1 内置类型

如果申请的是内置类型的空间，new和malloc，delete和free基本类似，不同的地方是：new/delete申请和释放的是单个元素的空间，new[]和delete[]申请的是连续空间，而且new在申请空间失败时会抛异常，malloc会返回NULL。
 

5.2 自定义类型

new的原理

• 1. 调用operator new函数申请空间
• 2. 在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造

delete的原理

• 1. 在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作
• 2. 调用operator delete函数释放对象的空间

new T[N]的原理

• 1. 调用operator new[]函数，在operator new[]中实际调用operator new函数完成N个对象空间的申请
• 2. 在申请的空间上执行N次构造函数

delete[ ]的原理

• 1. 在释放的对象空间上执行N次析构函数，完成N个对象中资源的清理
• 2. 调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间

6.定位new表达式（了解即可）

定位new表达式是在已分配的原始内存空间中调用构造函数初始化一个对象。

使用格式：
new (place_address) type或者new (place_address) type(initializer-list)place_address必须是一个指针，initializer-list是类型的初始化列表

使用场景：

定位new表达式在实际中一般是配合内存池使用。因为内存池分配出的内存没有初始化，所以如果是自定义类型的对象，需要使用new的定义表达式进行显示调构造函数进行初始化。

示例：

int main()
{
	Stack* pst = (Stack*)operator new(sizeof(Stack));
	
    //pst->Stack();//构造不允许显示调用
	new(pst)Stack(4);//显示调用构造函数
 
	//Stack* pst = new Stack(4);上面两步相当于一步new
	  
	pst->~Stack();//析构可以显示调用
	//但是这里不对，因为没有初始化栈，指针是野指针，会释放野指针
	
	operator delete (pst);
 
	//delete pst; //上面两步相当于一步delete
 
	return 0;
}

7.malloc/free和new/delete的区别

malloc/free和new/delete的共同点是：都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放。

不同的地方是：

1. malloc和free是函数，new和delete是操作符
2. malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化
3. malloc申请空间时，需要手动计算空间大小并传递，new只需在其后跟上空间的类型即可，如果是多个对象，[]中指定对象个数即可
4. malloc的返回值为void*, 在使用时必须强转，new不需要，因为new后跟的是空间的类型
5. malloc申请空间失败时，返回的是NULL，因此使用时必须判空，new不需要，但是new需要捕获异常
6. 申请自定义类型对象时，malloc/free只会开辟空间，不会调用构造函数与析构函数，而new在申请空间后会调用构造函数完成对象的初始化，delete在释放空间前会调用析构函数完成空间中资源的清理

本篇结束！